基于Abaqus静力学分析的球销安全性结构仿真研究

1背景

Abaqus作为一款十分成功的大型商用通用有限元仿真软件，应用其进行结构的静力学仿真分析是拿手好戏。通过仿真手段不仅能够及时了解结构的力学响应，还能够依据应力应变仿真结果对分析的结构进一步进行安全性能评估，这极大地提高了产品设计在概念设计、结构设计及最终的试验设计阶段的时间成本，缩短了产品生产设计周期。鉴于此，本文依据Abaqus仿真平台，通过对常用的工程连接构件球销的线性静力学分析，来了解Abaqus静力学分析流程，以便后续更好地应对复杂体的结构静力学分析。

2问题

球销作为一种关键的转向机构，是各大传动系统中传递载荷的重要零件，主要用于转向节或者转向臂配合。那么在设计过程中，就必须考虑球销在额定载荷下的安全性，需要对其进行必要的静力学分析。

基于软件平台

3几何建模

依据国标设计一种常规的汽车球销如图1所示。考虑模型相对倒角较多，模型由ug10.0建立并转成文本格式（x_t格式）导入Abaqus进行分析，模型的几何尺寸等参数常见附件qiuxiao.x_t。

图1 ug10.0建立的球销几何模型

4有限元分析

由于球销模型结构并不规则，在对其进行网格划分时候需要对其进行切分，网格划分不另外采取其他网格划分前处理器，直接在Abaqus中进行，主要步骤如图2所示。应注意的是，在对其进行切分的时候，必须要选好切方的基准面（如图2（a）所见），之后切分完成后通过扫掠网格划分即可完成结合体的整体网格划分如图2（c）所示。关于对球销的材料赋予，查阅机械设计手册得知球销的本构参数如表所示。之后进行的单元塑性设置、边界载荷约束均按照案例操作完成，并无特殊设置要求，其他求解输出设计为默认。最后递交求解后的得到的应力云图如图3所示。可以发现，球销在前端倒角处的应力最大达到78500MPa，此处虽然应力值较大，但小于球销的最大许用应力值，故满足设计要求。

表1球销材料参数表

图2 模型网格化分过程

图3 应力云图

5总结

通过Abaqus软件对球销等连接体进行静力学分析，以反映或预测结构的最大应力出现位置，辅助实际试验完成产品设计工作显得尤为必要，本案例可为Abaqus中结构的静力学分析提供参考。